package 二叉树;
import java.util.*;
/**
 * 合并两棵二叉树
 * 时间复杂度O(n)，空间复杂度O(h)，n为节点个数，h为树的高度
 */
public class mergeTrees {
    /**
     * 二叉树节点类
     * 包含节点值、左子节点和右子节点
     */
    public static class TreeNode{
        int val;            // 节点值
        TreeNode left;      // 左子节点
        TreeNode right;     // 右子节点
        
        // 无参构造函数
        TreeNode(){}
        
        // 带值的构造函数
        TreeNode(int val){
            this.val = val;
        }
        
        // 带值、左子节点和右子节点的构造函数
        TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right){
            this.val = val;
            this.left = left;
            this.right = right;
        }
    }

    /**
     * 合并两棵二叉树
     * 使用递归方法合并两棵二叉树的节点
     * 
     * @param r1 第一棵二叉树的根节点
     * @param r2 第二棵二叉树的根节点
     * @return 合并后的二叉树根节点
     */
    public static TreeNode mergeTreesM(TreeNode r1, TreeNode r2){
        if(r1 == null && r2 == null) return null; // 如果两棵树的根节点都为空，返回null
        if(r1 == null) return r2; // 如果第一棵树的根节点为空，返回第二棵树的根节点
        if(r2 == null) return r1; // 如果第二棵树的根节点为空，返回第一棵树的根节点
        TreeNode newTree = new TreeNode(r1.val + r2.val); // 创建新节点，值为两棵树的根节点值之和
        newTree.left = mergeTreesM(r1.left, r2.left); // 递归合并左子树
        newTree.right = mergeTreesM(r1.right, r2.right); // 递归合并右子树
        return newTree; // 返回合并后的根节点
    }

    /**
     * 根据层序遍历的字符串数组构建二叉树
     * 使用队列进行层序遍历构建
     * 
     * @param nodes 层序遍历的节点值数组，"null"表示空节点
     * @return 构建好的二叉树根节点
     */
    public static TreeNode buildTree(String[] nodes){
        if(nodes == null || nodes.length == 0 || nodes[0].equals("null"))
            return null; // 如果输入数组为空或根节点为null，返回null
        TreeNode root = new TreeNode(Integer.parseInt(nodes[0])); // 创建根节点
        ArrayDeque<TreeNode> queue = new ArrayDeque<>();
        queue.offer(root); // 将根节点加入队列
        int index = 1; // 从第二个节点开始处理
        while(!queue.isEmpty() && index < nodes.length){ // 当队列不为空且未处理完所有节点时，继续构建
            TreeNode cur = queue.poll(); // 取出队首节点
            if(index < nodes.length && !nodes[index].equals("null")){ // 如果左子节点不为null
                cur.left = new TreeNode(Integer.parseInt(nodes[index])); // 创建左子节点
                queue.offer(cur.left); // 将左子节点加入队列
            }
            index++; // 处理下一个节点
            if(index < nodes.length && !nodes[index].equals("null")){ // 如果右子节点不为null
                cur.right = new TreeNode(Integer.parseInt(nodes[index])); // 创建右子节点
                queue.offer(cur.right); // 将右子节点加入队列
            }
            index++; // 处理下一个节点
        }
        return root; // 返回构建好的二叉树根节点
    }

    /**
     * 层序遍历二叉树
     * 使用队列实现层序遍历，将节点值存入结果列表
     * 
     * @param root 二叉树的根节点
     * @return 层序遍历结果列表
     */
    public static List<Integer> levelOrder(TreeNode root){
        List<Integer> list = new ArrayList<>(); // 存储层序遍历结果
        if(root == null) return list; // 如果根节点为空，返回空列表
        ArrayDeque<TreeNode> queue = new ArrayDeque<>();
        queue.offer(root); // 将根节点加入队列
        while(!queue.isEmpty()){ // 当队列不为空时，继续遍历
            int width = queue.size(); // 获取当前层的节点数
            for(int i = 0; i < width; i++){ // 遍历当前层的所有节点
                TreeNode cur = queue.poll(); // 取出队首节点
                list.add(cur.val); // 将当前节点值加入结果列表
                if(cur.left != null) queue.offer(cur.left); // 将左子节点加入队列
                if(cur.right != null) queue.offer(cur.right); // 将右子节点加入队列
            }
        }
        return list; // 返回层序遍历结果
    }

    /**
     * 序列化二叉树
     * 将二叉树转换为字符串表示
     * 
     * @param root 二叉树的根节点
     * @return 序列化后的字符串列表
     */
    public static List<String> serialize(TreeNode root){
        List<String> list = new ArrayList<>(); // 存储序列化结果
        if(root == null) return list; // 如果根节点为空，返回空列表
        ArrayDeque<TreeNode> queue = new ArrayDeque<>();
        queue.offer(root); // 将根节点加入队列
        list.add(Integer.toString(root.val)); // 将根节点值加入结果列表
        while(!queue.isEmpty()){ // 当队列不为空时，继续遍历
            TreeNode cur = queue.poll(); // 取出队首节点
            if(cur.left != null){ // 如果左子节点不为null
                list.add(Integer.toString(cur.left.val)); // 将左子节点值加入结果列表
                queue.offer(cur.left); // 将左子节点加入队列
            }else{
                list.add("null"); // 如果左子节点为null，加入"null"
            }
            if(cur.right != null){ // 如果右子节点不为null
                list.add(Integer.toString(cur.right.val)); // 将右子节点值加入结果列表
                queue.offer(cur.right); // 将右子节点加入队列
            }else{
                list.add("null"); // 如果右子节点为null，加入"null"
            }
        }
        int last = list.size() - 1; // 获取结果列表的最后一个索引
        for(int i = last; i >= 0; i--){ // 从后向前遍历结果列表
            if(list.get(i).equals("null")) // 如果当前元素为"null"
                list.remove(i); // 移除该元素
            else
                break; // 否则退出循环
        }
        return list; // 返回序列化后的字符串列表
    }

    /**
     * 主函数：处理输入输出
     * 输入格式：两行数字，用逗号分隔，表示两棵二叉树的层序遍历，"null"表示空节点
     * 例如：3,9,20,null,null,15,7 表示一个二叉树
     * 输出格式：合并后的二叉树的层序遍历结果和序列化结果
     */
    public static void main(String[] args){
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String[] nodes = sc.nextLine().split(","); // 读取第一棵树的输入并分割
        TreeNode root = buildTree(nodes); // 构建第一棵二叉树
        String[] nodes2 = sc.nextLine().split(","); // 读取第二棵树的输入并分割
        TreeNode root2 = buildTree(nodes2); // 构建第二棵二叉树
        TreeNode res = mergeTreesM(root, root2); // 合并两棵二叉树
        List<Integer> result = levelOrder(res); // 层序遍历合并后的二叉树
        List<String> serial = serialize(res); // 序列化合并后的二叉树
        System.out.println(result); // 输出层序遍历结果
        System.out.println(serial); // 输出序列化结果
        sc.close(); // 关闭输入流
    }
}
